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Interview Nobelpreis – und jetzt?

Nachgefragt bei Prof. Stefan Hell: Seine Sicht der Dinge auf Entdecktes, Brisantes, Visionen und darüber, was die Wissenschaft von einer Wurstfabrik unterscheiden sollte.

Sie haben der Abbe-Formel im Nenner einen Term (Wurzel aus 1+I/Is) zugefügt. Hohe Auflösung durch hohe Abregungsleistungen könnte aber für in-vivo Untersuchungen ein Problem sein. Gibt es ein Intensitätslimit?

Das Neue an diesem Term ist, dass ein Zustandsübergang in den zu trennenden Molekülen berücksichtigt ist. Denn das fundamental Neue an der überauflösenden Mikroskopie generell – also ganz gleich, ob STED, RESOLFT, STORM oder PALM etc. – ist, dass man eng benachbarte Objekte – also enger als die halbe Lichtwellenlänge – nicht dadurch trennt, indem man das Licht möglichst scharf bündelt, sondern indem man deren Moleküle in zwei verschiedene Zustände bringt, die die Objekte kurzfristig unterscheidbar machen. Meistens sind das ein leuchtender und ein nichtleuchtender Molekülzustand. Der Zustandsübergang ist die Basis aller dieser hochauflösenden Methoden. Und der Term steht für den Zustandsübergang. Beim STED und seinen Derivaten, wie der RESOLFT-Mikroskopie oder dem sogenannten SSIM, geht die Intensität nicht in absoluten Zahlen ein, sondern im Verhältnis I/Is. Für höhere Auflösung muss ich also nicht unbedingt die Intensität erhöhen, sondern nur das Verhältnis groß machen.

Das Is im Nenner ist festgelegt durch den Zustandsübergang. Das heißt, je nachdem welchen Zustand ich wähle, habe ich ein anderes Is. Bei Verwendung schaltbarer Proteine kann das Is um sechs Größenordnungen kleiner sein als bei der ursprünglichen STED-Methode. Also ist  man nicht absolut intensitätsbegrenzt. Man kann die Intensitäten absolut niedrig halten. Die fundamentale Auflösungsgrenze ist letztlich das Molekül selbst. Zwei Moleküle, die molekularen Abstand zueinander haben, kann ich also trennen, indem ich sie zum Zeitpunkt der Messung in zwei verschiedene Molekülzustände packe. Die Moleküle bestimmen die Auflösung, sie bestimmen die Intensität, die ich brauche, sie bestimmen die gesamten Abbildungseigenschaften eines Verfahrens.

Nach dem großen Erfolg nun einmal anders gefragt: Was war Ihr größter Misserfolg und was hätte anders laufen müssen, damit es ein Erfolg geworden wäre?

Misserfolge im eigentlichen Sinne hatte ich nicht. Es ist sicherlich so gewesen, dass ich Mitte der 2000er Jahre alle Voraussetzungen hatte, um das PALM-/STORM-Konzept als Erster zu machen. Meine Gruppe und ich hatten uns als Einzige mit schaltbaren Fluoreszenzmolekülen und auch schaltbaren Proteinen beschäftigt und es war vollkommen klar, dass Photoschalten und schaltbare fluoreszente Proteine den nächsten Durchbruch in der Hochauflösung machen werden. Das Schalten zwischen langlebigen AN- und AUS-Zuständen war schon längst entdeckt als ‚the way to go‘. Wir haben es aber wie beim STED-Konzept mit Lichtmustern und im molekularen Ensemble durchgeführt und nicht auf Einzelmoleküle angewandt. Es auf Einzelmolekülbasis zu machen, ist dann von Betzig und anderen fast gleichzeitig aufgegriffen und als erstes gezeigt worden. Ein Misserfolg, wenn Sie so wollen. PALM und STORM waren nicht eine komplett andere Entwicklung, sondern eine Variation des gleichen AN/AUS-Ansatzes, aber fraglos eine sehr wichtige Variation.

Ist Konkurrenzdenken in der Wissenschaft hinderlich oder förderlich und ist offener Austausch nicht die Grundlage für alle zum Weiterdenken?

Konkurrenz kann hinderlich sein und zwar wenn sie entmutigend ist. Es gibt sehr unfaire Konkurrenz. Leute stellen aus Neid falsche Vergleiche an und bewerten die Arbeit anderer oft unfair, um sie zu behindern. Zum Beispiel habe ich 2003 ein Paper eingereicht und darauf hingewiesen, dass es bei der Hochauflösung generell um Molekülzustande geht und dass man Hochauflösung auch bei niedrigen Intensitäten machen kann. Die Leute haben aber trotzdem immer von Intensitätsproblemen gesprochen. Viele wollten einfach nicht wahrhaben, dass ich zu anderen Molekülzuständen übergehen kann und sich die benötigte Intensität um Größenordnungen mit reversible schaltbaren Farbstoffen bzw. Proteinen reduzieren lässt. Das Konzeptpaper ist 2003 abgelehnt worden. Durch die Veröffentlichung in einem niedriger bewerteten Journal haben es nicht die Leute gelesen, die bereit gewesen wären, diese Farbstoffe zu entwickeln. Auf solche Weise kann Konkurrenz Einfluss nehmen und eine fundamentale Entwicklung behindern.
Es gibt aber auch einen positiven Aspekt: Durch Konkurrenz ist man gezwungen, sich nicht auf die faule Haut legen. Das gilt auch im kommerziellen Bereich. Die kommerzielle Verwertung der STED-Mikroskopie ist dadurch beschleunigt worden, dass die PALM-Mikroskopie kommerziell erhältlich wurde.

Wie unabhängig ist denn die Wissenschaft, kann bzw. muss sie es sein?

Die Wissenschaft muss unabhängig sein und darf sich nicht von kommerziellen Interessen leiten lassen. Das ist dann gegeben, wenn sie finanziell weitgehend unabhängig ist. Das ist bei der Max-Planck-Gesellschaft gegeben. Mit einer guten Grundfinanzierung kann man sich Themen widmen, die einem liegen und an denen man Spaß hat. Das ist in Institutionen, die von externer Finanzierung abhängen, nicht so leicht zu realisieren. Dort ist man unter Umständen gezwungen, Förderprogrammen hinterherzulaufen, um aktiv bleiben zu können. Andererseits muss man sagen, dass eine komplette Durchfinanzierung Aller in der Wissenschaft zu einer gewissen Lethargie führen könnte, da nicht alle Wissenschaftler für ihre Sache glühen. Also hat ein ‚knapp-bei-Kasse-halten‘ und ein gewisser Druck auch seine Berechtigung.

Auch der Veröffentlichungsdruck ist gerade bei jungen Wissenschaftlern sehr hoch. Wie sehen Sie die Situation?

Ich finde es schlimm, wenn Wissenschaft funktioniert, so wie die Wurstfabrik die Wurst macht. Oft zeigt sich, dass Entdeckungen, die die Welt verändern, nicht am laufenden Band gemacht werden. Meistens sind Leute dafür verschlungene Wege außerhalb des Mainstreams gegangen. Sie haben anders über das Problem nachgedacht als andere davor und eine andere Sichtweise eingenommen. Das kann man aber nicht, wenn man permanent gezwungen ist, zu veröffentlichen, wenn man einen Job sucht. Man müsste mehr an den Inhalten gemessen werden bzw. sogar schon an der Bereitschaft, fundamentale Probleme anzugehen und ein Risiko dafür einzugehen. Das müsste auch ein Kriterium sein, um jemanden einzustellen. Allein schon in der Themenwahl zeigt sich, ob die Person originell ist. Und man muss dabei dann auch Scheitern als möglichen Ausgang zulassen und auch diejenigen fördern, die ehrbar scheitern. Sonst besteht die Gefahr, dass die Leute nur noch auf schnelle Veröffentlichungen aus sind.

Viele Absolventen sehen es als Risiko, in der Wissenschaft zu bleiben, da nur befristete Verträge gegeben werden. Sie gehen daher in die Industrie. Wissenschaft ohne Wissenschaftler?

Ich frage mich schon, ob die Art und Weise wie Wissenschaft organisiert wird, dazu führt, Leute auszusuchen, die bereit sind, in jungen Jahren Risiken einzugehen und nicht nur Wissenschaft machen wollen, wie die bereits zitierte Wurstfabrik. Ich denke, wir müssen ein System finden, das Leute identifiziert, die ein faszinierendes Problem lösen wollen und dafür auch bereit sind, ein Risiko einzugehen. Und dann müssen wir die Organisation so gestalten, dass diese Leute, die ein wissenschaftliches Risiko eingehen, nicht gleichzeitig ein soziales Risiko eingehen. Das ständige Bangen fördert die Anpassung, es koppelt das soziale Risiko an das fachliche Risiko.

Was raten Sie jungen Menschen beim Start ins Berufsleben ?

Das zu machen, was Spaß macht. Das ist das Allerwichtigste. Denn nur wenn es Spaß macht, wird das, was andere als harte Arbeit empfinden, einem nicht als solche vorkommen. Es ist auch klug, nicht im Mainstream zu sein. Wer nur im Mainstream schwimmt, hat fast nie die Chance auf den Nobelpreis. Wenn man wirklich etwas Großes machen will, muss man auch ein Risiko eingehen.

Zurück zu Ihnen: Es gibt ja auch ein Leben nach dem Nobelpreis. Was macht Ihnen jetzt weiter Spaß?

Das Prinzip mit welchem die Grenze überwunden wurde, ist noch längst nicht ausgereizt: früher hat man nur durch Fokussieren getrennt, heute durch die Molekülzustände. Es fehlt aber noch an einem breiten Verständnis für die Sache; dahingehend ist noch viel zu tun. Es kann sein, dass es schwerer in den Köpfen ankommt, die bereits im Feld tätig waren, da sie historisch vorbelastet sind. Aber die junge Generation geht mit neuen Augen heran und sieht darin Chancen. Diese junge Generation möchte ich erreichen. Ich möchte dass die Mikroskopie mit ganz anderen Augen betrachtet wird als vor 10-20 Jahren. Außerdem gibt es noch Einiges an den Verfahren zu verbessern. Wir haben nun das Prinzip und viele Ausführungen davon wie STED, RESOLFT, PALM, STORM etc. in der Welt. Alle kann man verbessern in Richtung höhere Geschwindigkeit und Auflösung.

Wie genau passiert das, ist das die Arbeit in Ihrem neuen Unternehmen?

Nein, das ist in der Regel knochenharte Forschungsarbeit an den Molekülen selbst, die man verwendet oder verwenden würde. Und das ist Chemie. Zu Abbes Zeiten musste man die besten Objektive bauen, aber heute werden wir mit den hochauflösenden Verfahren die besten Bilder machen, wenn gute Marker-Moleküle zur Verfügung stehen.

Welches sind die Photonik-Themen, die noch bearbeitet werden können?

Man kann sicherlich noch viel tun. Zum Beispiel sind wir von einem einzigen Donut zu hunderttausend davon übergegangen. Auch das Zusammenspiel vom Molekül und Licht lässt sich verbessern. Hierfür gibt es verschiedene Art und Weisen, wie man vorgehen kann.
Ich kann mir aber auch vorstellen, ein bisschen links und rechts zu gehen und von Mikroskopie wegzukommen. Nur geht das nicht von heute auf morgen.

Sie haben aber das Unternehmen Abberior Instruments, eine Ausgründung aus dem Institut. Was passiert dort?

Die Ausgründung befasst sich mit Entwicklungen, die ich am Max-Planck-Institut nicht machen möchte, weil sie zu ingenieurslastig und zu anwendungsbezogen sind wie z. B. aktive Optik. Das macht eine Firma besser. Es geht dort darum, die Methoden weiter zu entwickeln und für eine gute Integration bei den Anwendern zu sorgen. Diese wollen robuste und leicht bedienbare Systeme.  

Wir danken Ihnen für das Gespräch.

(Sylvia Kaschke, Redaktion PHOTONIK) 

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